骨缺损是骨科临床最常见的疾病之一。据统计,我国每分钟就有7人因交通事故导致严重伤残,每年约有1000多万骨缺损患者。骨缺损修复重建一直是国际临床难题。传统金属、高分子材料存在仿生结构不可控、力学性能不匹配、生物相容性差、无发育功能、运动错位、磨损等术后并发症。尤其是没有生物学活性的假体,无法在人体内发育,不能与自然骨良好地融合,需要二次手术修复。
据国家统计局公布的人口数据显示,2022年中国65周岁以上人口达到2.1亿,占比14.9%。与2021年相比,65周岁以上人口占比上升了0.7个百分点,未来中国65周岁以上人口占总人口比重将进一步提升。
骨科疾病的发病率与年龄的相关性极高,我国人口老龄化趋势不断加剧,随之出现的老龄化问题日益突出,随着年龄的增长,人体发生骨折、脊柱侧弯、脊椎退变、关节炎、关节肿瘤等骨科疾病的概率大幅上升。
仿生骨是一种模拟天然骨结构和功能的生物材料,用于替代或修复人体骨骼的损伤或疾病。仿生骨的研究和开发是生物医学工程领域的重要方向之一,其制备和应用涉及材料科学、生物学、医学等多个学科。
根据中研普华产业研究院发布的《2023-2028年中国仿生骨行业发展前景及投资风险预测分析报告》显示:
仿生骨的制备方法有多种,包括3D打印技术、组织工程、生物陶瓷等。其中,3D打印技术是最常用的方法之一。通过3D打印技术,可以将仿生骨材料按照预先设计的模型逐层堆积,形成具有特定形状和结构的仿生骨。这种方法的优点是制造精度高、可定制化等。
除了制备方法外,仿生骨的材料选择也是关键。常用的仿生骨材料包括生物活性玻璃、生物陶瓷、高分子材料等。其中,生物活性玻璃是最常用的材料之一,因为它具有良好的生物相容性和骨传导性,能够与人体骨骼形成良好的结合。
仿生骨的应用范围很广,包括骨折、关节疾病、脊柱疾病等。例如,在骨折的治疗中,仿生骨可以用于固定骨折部位,促进骨骼的愈合;在脊柱疾病的治疗中,仿生骨可以用于替代椎间盘等。
从骨科市场来看,年龄是影响人体骨骼疾病的重要因素,例如随着年龄越大,人体的骨修复能力就会逐渐减弱。因此随着全球人口老龄化的加剧,骨科市场的潜力不言而喻。骨科在全球医疗细分市场中仍位居第四,2020年其市场规模约365亿美元,预计在2024年将达到471亿美元。
基于庞大的人口基数和人们健康意识及支付水平的提升,我国骨科医疗器械的市场机会同样巨大。我国骨科植入物市场规模从2013年的117亿元增长至2020年的360亿元,年复合增长率为17.14%,增长速度远高于全球。
我国每年因事故、骨科疾病造成的骨功能障碍患者超过600万人。但每年实际使用骨缺损修复材料治疗仅有133万例/年,临床对于骨缺损修复材料的需求旺盛。
骨科植入物对材料的生物学性能和力学性能具有很高的要求,材料性能的优异程度会直接影响植入物的最终性能。纵观行业发展,材料学推动着骨科的前进。骨科原材料从早期的普通金属发展到金属合金、陶瓷、高分子材料等多类型,骨科植入物也逐渐从结构替代进展到功能替代,逐步实现着更高的治疗目标。
目前,我国骨修复材料行业主要参与者包括强生、史赛克、美敦力等外资企业以及正海生物、奥精医疗、三友医疗、圣博玛生物、立心科学等本土企业,整体呈现出外资垄断、本土企业快速发展的局面。
现阶段国内外参与厂商产品多以天然骨或无机、不可降解类人工骨为主,极少有可以实现诱导骨生长的人工骨材料。此前仅美敦力(Infuse Bone)、正海生物(活性生物骨)取得明显研发进展,其中美敦力Infuse Bone已实现销售但存在因BMP-2浓度过高导致异位骨生成的副作用;正海生物活性生物骨暂未取证。
对于植入物医疗器械来说,感染、排异、有害离子释放是必须面对的重大难题,且该问题在世界范围内也未能得到十分有效地解决,全球每年有数百万人因排异、感染受到伤害。因此,面向未来,骨科植入物材料有待在安全性、功能性等方面进一步发展。
随着3D打印技术的日渐成熟,医疗领域有望形成规模化定制市场。根据相关数据,3D打印收入中大约有13%来自医疗行业。在2016年,全球3D打印骨科市场总值为5亿美元,预计到2025年底将达到34.41亿美元。并且骨科植入物是3D打印技术最早实现产业化的医疗应用领域之一,能够根据患者的尺寸和需求实现真正的定制化,从而改善医疗能力。与现有方法相比,显着的进步是定制打印的骨骼可以迅速诱导骨骼再生和生长。
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